les instruments de vol

LES INSTRUMENTS DE VOL
COMPAS MAGNETIQUE
LES INSTRUMENTS GYROSCOPIQUES
Contexte historique
Le gyroscope (du grec "qui regarde la rotation") fut inventé et nommé en
1852 par Léon Foucault pour compléter ses travaux sur la rotation de la
Terre. En effet, la rotation de la Terre autour de son axe avait déjà été mise en
évidence par le pendule du nom du physicien-astronome. Malgré cette
fameuse découverte, Foucault ignorait toujours pourquoi la rotation du
pendule s'effectuait plus lentement que la rotation de la Terre.
Degré de liberté:
Les possibilité de mouvements dans l’espace sont décomposés en
Degrés de liberté
Il en existe six:
3 en TRANSLATION ( Avance – Dérive – Ascension )
3 en ROTATION
( Roulis – Tangage – Lacet )
Axe constant dans l’espace mais dérive dans le temps (15°/h)(rotation terre,
frottements)
Gyroscope
la précession
La précession est le nom donné au changement graduel d'orientation de l'axe
de rotation d'un objet ou, de façon plus générale, d'un vecteur sous l'action de
l'environnement, par exemple, quand un couple lui est appliqué. Ce phénomène
est aisément observable avec une toupie mais tous les objets en rotation
peuvent subir la précession. Lors de la précession, l'angle que fait l'axe de
rotation ou le vecteur avec une direction donnée reste fixée. Le vecteur ou l'axe
de rotation décrit ainsi au cours du temps un cône dont l'axe est la direction
fixée. Ce cône est parcouru à une vitesse angulaire constante qui est
déterminée par les données du problème. Le sens dans lequel se produit la
précession dépend du problème considéré. Dans le cas d'une toupie, la
précession se fait dans le sens opposé à celui de la rotation.
EFFET GYROSCOPIQUE
L'effet gyroscopique apparaît lorsque la roue est
soumise à deux rotations "d'axe perpendiculaire".
L'effet gyroscopique sera un "couple" qui agira
autour d'un axe lui aussi perpendiculaire aux deux
autres.
couple = Application d'une force liée à un
mouvement de rotation.
A : 2ème axe de rotation (vitesse
constante)
B : 1er axe de rotation (axe de rotation
de la roue, vitesse constante)
C : Axe d'application de l'effet
Gyroscopique
Petite expérience pour "ressentir" l'effet gyroscopique (flèche bleu) et montrer que c'est bien une "force". Vous
prenez une roue de vélo que vous tenez de chaque coté de son axe. Demandez a quelqu'un de faire tourner la
roue, une fois celle ci en rotation (flèche jaune), essayer de tourner la roue (toujours en la tenant par son axe) de
gauche a droite ou de droite a gauche (flèche rouge).
Effet à constater : La roue va se mettre à l'horizontale toute seule.
GYROSCOPE
Exemple de mouvement de
précession
Gyro avec 3 degrés de liberté
CONSERVATEUR DE CAP
Gyrocompas
Gyro à deux (2) degrés de liberté
Fonction:
conserver une référence de cap
( recalage automatique en fonction du
champ magnétique de la terre)
Plus précis que le compas magnétique
HORIZON ARTIFICIEL
Gyro à deux (2) degrés de liberté
Fonction:
Visualiser l’attitude de l’avion par
rapport aux axes de
roulis et tangage
(angle avec plan horizontal;
assiette et inclinaison )
BILLE AIGUILLE
Indicateur de virage et de Dérapage
INDICATEUR de VIRAGE
Gyro à un (1) degré de liberté
Fonction:
Visualisation de l’inclinaison de l’avion
associé à la
BILLE
Fonction:
Visualisation du dérapage ou glissade
Vol symétrique, taux de virage nul,
vol rectiligne correct
Vol symétrique, taux de virage
standard, virage standard correct (la
bille este au centre, la maquette est
sur le repère d'inclinaison
Vol dissymétrique, taux de virage du
coté opposé à la bille, virage en
dérapage (mettre du pied à droite)
Vol dissymétrique, taux de virage du
même coté que la bille, virage en
glissade (mettre du pied à gauche)
Vol rectiligne dissymétrique, taux de
virage nul, vol rectiligne glissé en
virage à gauche
Autres instruments de vol
ANEMOMETRE
( BADIN)
vitesse indiquée
TUBE DE PITOT
ANEMOMETRE
TUBE PITOT
Nomenclature des tubes de Pitot. Le tube
de Pitot simple mesure la pression totale ; la
sonde statique mesure la pression statique ;
la version combinée est l'antenne ou tube
de Prandtl ou tube de Pitot statique qui
permet la mesure de la pression
dynamique.
TUBE DE PITOT
Schéma d'une antenne de Prandtl standardisée.
Un tube de Pitot-statique ou tube de Prandtl (ou antenne de Prandtl) est constitué de deux tubes coudés
concentriques dont les orifices, en communication avec le fluide dont on veut mesurer la vitesse, sont disposés de
façon particulière :
Le tube extérieur s'ouvre perpendiculairement à l'écoulement du fluide. La pression à l'intérieur de ce tube est donc
égale à la pression ambiante ou pression statique ;
Le tube intérieur est parallèle à l'écoulement du fluide, et est ouvert en son bout, face au flux. La pression à
l'intérieur de celui-ci est donc la pression totale, somme de la pression statique et de la pression dynamique.
Un manomètre mesure la différence de pression entre les deux tubes, c'est-à-dire la pression dynamique, et permet
donc de calculer la vitesse d'écoulement du fluide autour du tube. Cette vitesse correspond au vent relatif et est, en
aéronautique, une des informations primordiales pour le pilote qui doit toujours maintenir son appareil au-dessus de
sa vitesse de décrochage, et au-dessous de sa vitesse maximale. Elle permet en outre, connaissant la vitesse du
vent, de calculer la vitesse sol et la consommation de l'aéronef.
TUBE DE PITOT
Principe de fonctionnement de l'antenne de Prandtl : le tube de Pitot sur le front de l'écoulement
fournit la pression totale Pt, une prise située latéralement fournit la pression statique ; un
manomètre différentiel fournit la différence des deux, c'est-à-dire la pression dynamique.
Circuit statique
Circuit dynamique (Pitot)
ALTIMETRE
LA PRESSION ATMOSPHERIQUE
Au début du XVII éme siècle, des fontainiers de FLORENCE remarquèrent que les pompes ne peuvent
pas aspirer l'eau au dessus de 10 mètres.
Aspiration(vide)
C'est TORICELLI qui prouva que la cause de ce phénomène est la pression exercée par l'atmosphère
sur la surface libre des liquides.
Blaise PASCAL compris que l'air est pesant et que son action sur la surface de l'eau ne peut
que soulever le liquide que jusqu'au niveau où poids de l'air et poids de l'eau s'équilibrent.
La pression exercée par la masse d'air sur la surface de l'eau, soulève une masse d'eau
équivalente.
Si on utilise du mercure à la place de l'eau, l'équilibre s'établit pour une hauteur d'environ 760
mm.
Un baromètre à mercure permet de mesurer la pression atmosphérique.
Cette pression dépend de la hauteur de la colonne de mercure.
La masse volumique () du mercure à 0°C = 13596 KG/m3 .
L'accélération de la pesanteur (g) à 0 m et à 45 ° de latitude = 9,80665 m/s/s
La pression = force/surface
La force exercée par 0,76 m de mercure = surface(S)  hauteur(h)    g
Shg
Pompe
Masse d'air =
masse d'eau
10m
eau
La pression =
= h    g = 0,76  13596  9,80665 = 1013,31 Hpa
S
La pression atmosphérique peut aussi être mesure avec un baromètre anéroïde, qui utilise la déformation d'une
capsule métallique étanche et dans laquelle le vide est réalisé. L'action de la pression atmosphérique écrase cette
capsule, sa déformation est proportionnelle à la pression.
On retrouve des capsules anéroïdes dans l'altimètre, l'anémomètre, le variomètre d'un avion
L'ALTIMETRE
Il permet de connaître les distances verticales qui séparent l'avion de la piste, du
relief, des autre avions.
Il est muni d'une fenêtre où apparaît une échelle de pression graduée en Hpa ou mb. Le cadran est gradué en pied.
Avant le décollage, l'alignement de l'aiguille avec le 0 permettra de connaître en vol la hauteur de l'avion par rapport à
la piste.
La pression de référence de l'aérodrome (QFE) s'est affichée dans la fenêtre.(le calage QFE est utilisé lors de
l'atterrissage)
Si on affiche dans la fenêtre la pression qui règne au niveau de la mer (QNH), l'aiguille indique l'altitude de l'avion par
rapport au niveau de la mer( le calage QNH permet le survol de relief avec des marges de sécurité directement lisible
sur l'altimètre).
Si on affiche dans la fenêtre la pression standard (1013,25Hpa) (QNE), l'aiguille indique le niveau de vol ou FL(flight
level) (le calage QNE est adopté pour la circulation aérienne car il permet de connaître l' espacement des avions dans
le plan vertical .
VARIOMETRE
LE VARIOMETRE
Il permet de mesurer la vitesse verticale de l'avion.
Il est gradué en pieds par minute (ft/mn) ou mètre par seconde (m/s)
UP
DOWN
Lors
d'une descente, la pression statique augmente plus rapidement à l'extérieur qu'à l'intérieur de la
capacité, la capsule se contracte, l'aiguille se déplace vers le bas .
A l'inverse lors d'une montée, la pression statique diminue, la capsule se dilate,
l'aiguille se déplace vers le haut.